P15 京都大学複合原子力科学研究所 第54回学術講演会 2020年2月5日(水)~6日(木)
中性子放射化分析法による岩絵具に含まれる微量元素分析Analysis of trace elements in natural mineral pigments byInstrumental Neutron Activation Analysis
東京都市大学 原子力研究所 羽倉尚人Naoto Hagura
岡田往子Yukiko Okada
藥袋佳孝Yoshitaka Minai
武蔵大学
★ いま分析をしなければならない理由を明確にすることが必要
注意点
● 考古学的、歴史的、美術史的な価値を明確にすること
● 修理・修復の際に同じ材料・技法を用いること
● 保存・保管における適切な環境条件を設定すること
★ 非破壊・非接触が原則
★ 国内の美術品の場合、試料の採取は不可
本研究の目的は、原料の産地および製造年代の推定に資するデータベース構築のための基礎的な分析を実施すること
● 機器中性子放射化分析法(INAA)
● メスバウアー分光法
● 蛍光X線分析法(XRF)
● 荷電粒子励起X線分光法(PIXE)
国内で流通している、または、中国産の赤黄色系の岩絵具
背景・目的
文化的に価値の高い美術品・建造物の保存・管理の目的
分析対象
分析手法
★ 試料量が限られる = 微量元素分析手法
★ 試料数が多い = 多元素同時
★ 非破壊分析法
★ 化学形態の解明
手法選定の方針
本発表では、INAAを中心にPIXEの結果を含め報告
内山孝文Takafumi Uchiyama
【試料コード】H:放光堂、C:中国産、T:得應軒
INAA INAA XRF PIXE INAA2017 2018 2018 2018 2019WSU KUR TCU TCU KUR
H01 Natural Cinnabar ● ● ● ● HgSH02 Natural Cinnabar ● ● ● HgSH03 Italian yellow orchre ● ● ● ● GoethiteH04 Japanese yellow orchre ● ● ● ● GoethiteH05 Vermillion, light ● ● ● ● Iron oxides?H06 Ancient vermillion ● ● ● HgSH07 Kamakura vermillion ● ● ● HgSH08 Kamakura vermillion ● ● ● HgSH09 Vermillion, reddish ● ● ● ● Fe/Mn OxidesH10 Natural burnt sienna ● ● ● ● Fe/Mn OxidesH11 Ancient burnt sienna ● ● ● ● Fe/Mn OxidesH12 Natural ‘sabinezumi’ grey ● ● ● ● Fe/Mn OxidesH13 Bengara red ● ● ● ● HematiteC01 Stone yellow ● ● As2S3C02 realgar ● ● As4S4C03 Cinnabar ● ● HgSC04 Cinnabar ● ● HgST01 Kamakura vermillion ● ● ● HgST02 natural vermillion, dried suspension ● ● ● HgS?T03 Natural yellow tea ● ● ● ● ● FeO(OH)T04 Natural Cinnabar ● ● ● HgST05 Natural burnt sienna ● ● ● ● ● Fe/Mn OxidesT06 Vermillion, very yellowish ● ● ● HgST07 Natural yellow orchre ● ● Fe/Mn OxidesT08 Shin Iwa yellow orchre ● ● Iron oxides?T09 Natural Cinnabar ● ● HgST10 Shin Iwa reddish ● ● Iron oxides?
code Pigment Major component
【参考文献】 [1] 早川泰弘ほか、分析化学実技シリーズ応用分析編7文化財分析、共立出版(2018)[2] Y. Minai, et al., Instrumental Neutron Activation Analysis of Reddish Pigments for Japanese Paintings, MARC XI, Log 371 (2018)[3] 羽倉尚人ほか、中性子放射化分析法による岩絵具に含まれる微量元素の測定、放射化分析に関する京大複合研専門研究会 (2019)[4] N. Hagura, et al., Trace Elements Analysis of Natural Mineral Pigments for Japanese Paintings, 16th Intel. Conf. on PIXE, PS2.11 (2019)
結果・考察
まとめ ● 文化的に価値の高い美術品・建造物等に用いられる顔料の元素分析を実施
Irradiation position /Operating power /Thermal neutron flux
Irradiation date & time
Coolingtime
Countingtime
Analyzed elements
KUR Pn-21MW4.66 x 1012 n/m2/sec
2019/10/233600 sec
~1 wk
~2 wk
~3 wk
3,600 sec
7,200 sec
2 x 104 sec
Sc, Cr, Fe, Co, Zn, As, Se, Br, Cd, Sb, Cs, Ba, La, Ce, Eu, Lu, Hf, Ta, Pt, Th, U
京都大学複合原子力科学研究所研究炉(KUR)
PIXE
Hg、Pbを含むものとそれ以外に分類 S、Ca、Asに着目しSiとの比として整理 簡易的な方法だが元素分布の分類が可能 各試料の元素分布の特徴(CaやAsの含
有の有無)を整理 試料の分類に関する知見を得た
INAA
1.E-04
1.E-03
1.E-02
1.E-01
1.E+00
1.E+01
0 5 10
Inte
nsity
X-ray energy [keV]
Si
S
CaHg
Fe
Hg
ZnAs
1.E-04
1.E-03
1.E-02
1.E-01
1.E+00
1.E+01
0 5 10
Inte
nsity
X-ray energy [keV]
SiS
CaZn PbFe
Pb
1.E-04
1.E-03
1.E-02
1.E-01
1.E+00
1.E+01
0 5 10
Inte
nsity
X-ray energy [keV]
Si
S Ca
Fe
Hg系
Pb系
Fe系
PIXE分析の結果から:
INAA分析の結果から:
● 実試料を入手し分析することは困難であり、市販品を用いて分析手法の検討を実施
● INAA法、PIXE法それぞれの特徴を生かし、簡易的な方法であっても含有元素の分類や特徴付けが可能
● 岩絵具以外の顔料を対象とし、複数の手法による元素分析、化学形態の分析を進めていくことを計画
※ 標準物質として岩石標準試料JLk-1、NIES-8等を使用※ 短寿命核種を対象として KUR Pn-3 にて30秒照射も実施
KUR、WSUにて実施 照射時間、冷却時間の設定により短寿命
から長寿命の核種を幅広く検出 Hgを多く含む試料は他の微量元素の検出
が困難であり、PIXEなど他の手法との組み合わせが必要
【PIXE実験条件】
ビームエネルギー:2 MeV平均ビーム電流: ~ 0.2 nA測定時間:600 secチャンネル数:4,096 ch(Emax = 75.6 keV, ∆E = 18.5 eV)
Beam
SDD
Sample holder
Sample affixed to the carbon tape (~ 100 µmt)
加速イオン種:プロトン
加速エネルギー:最大 3.4 MeV
ターゲット部ビーム電流:数 nA程度
ビーム径:5 mm 程度
検出器:SDD(AMPTEK社製)
ターミナル電圧:1.7 MV
【都市大タンデムの主な仕様】
1.7MVペレトロン・タンデム加速器(都市大タンデム)
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Inte
nsity
energy [keV]
T09
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Inte
nsity
energy [keV]
T10
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E+03
1.E+04
1.E+05
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
Inte
nsity
energy [keV]
T07
京都大学複合原子力科学研究所 第54回学術講演会 2020年2月5日(水)~6日(木)
Hg系
Pb系
Fe系
0
20
40
60
80
100
H03 H04 H05 H09 H10 H11 H12 H13 T03 T05
Fe(%)
1.E-03
1.E-02
1.E-01
1.E+00
1.E+01
1.E+02
1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02
Sc/F
e
La/Fe
H03 H04 H05 H09 H10H11 H12 H13 T03 T05
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